吉林大学学报(工学版) ›› 2023, Vol. 53 ›› Issue (2): 515-522.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210678

• 交通运输工程·土木工程 • 上一篇    下一篇

曲线桥梁车桥耦合振动数值分析方法

韩智强1(),谢刚2(),周勇军3,刘世忠1,晋民杰1   

  1. 1.太原科技大学 车辆与交通工程学院,太原 030024
    2.太原科技大学 先进控制与装备智能化山西省重点实验室,太原 030024
    3.长安大学 公路大型结构安全教育部工程研究中心,西安 710064
  • 收稿日期:2021-07-16 出版日期:2023-02-01 发布日期:2023-02-28
  • 通讯作者: 谢刚 E-mail:hzqjl1987@163.com;xiegang@tyust.edu.cn
  • 作者简介:韩智强(1987-),男,副教授,博士. 研究方向:桥梁检测与评估. E-mail: hzqjl1987@163.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(51978063);中央高校基本科研业务费专项项目(300102211512);山西省高等学校科技创新计划项目(2022L302);校研究生联合培养示范基地项目(JD2022019);校教学改革创新项目(JG202274)

Numerical analysis method of vehicle⁃bridge coupling vibration of curved bridge

Zhi-qiang HAN1(),Gang XIE2(),Yong-jun ZHOU3,Shi-zhong LIU1,Min-jie JIN1   

  1. 1.School of Vehicle and Transportation Engineering,Taiyuan University of Science and Technology,Taiyuan 030024,China
    2.Shanxi Key Laboratory of Advanced Control and Equipment Intelligence,Taiyuan University of Science and Technology,Taiyuan 030024,China
    3.Engineering Research Center for Large Highway Structure Safety of the Ministry of Education,Chang'an University,Xi'an 710064,China
  • Received:2021-07-16 Online:2023-02-01 Published:2023-02-28
  • Contact: Gang XIE E-mail:hzqjl1987@163.com;xiegang@tyust.edu.cn

摘要:

为研究曲线桥梁车桥耦合振动响应规律,基于模态综合法原理,建立15自由度五轴重卡车型,以50+100+50 m三跨曲线连续梁桥(R=600 m)为计算示例,建立仿真模型,获取桥梁模态信息,基于轮-桥位移几何和力学耦联关系,提出曲线桥梁车桥耦合数值分析方法,探讨了车速、路面不平度、曲率半径和车辆载重等因素对曲线桥梁动力响应的影响。结果表明:路面不平度和车辆载重是影响曲线桥梁动力响应的主要敏感因素;车速对于曲线桥梁的影响较为复杂,难以发现其规律性;曲率半径变化对桥梁扭转角的影响较大,对桥梁竖向位移影响相对较小,相关研究成果可为此类桥梁的动力安全评估提供理论参考。

关键词: 桥梁与隧道工程, 车桥耦合, 模态综合法, 动力响应, 敏感因素

Abstract:

In order to study the variation of vehicle-bridge coupling vibration response of curved bridge, based on the principles of modal synthesis, a 15-degree-of-freedom five-axis trailer space model was established. Taking a 50+100+50 m three-span curved continuous beam bridge (R=600 m) as a calculation example to obtain bridge modal information. Based on the wheel-bridge displacement relationship, a vehicle-bridge coupling numerical analysis method for curved Bridges is proposed, and the influence of vehicle speed, road unevenness, radius of curvature and vehicle load on the dynamic response of curved bridges was discussed. The results show that road roughness and vehicle load are the main sensitive parameters that affect the dynamic response of the bridge. The impact of vehicle speed on curved bridges is complex, and it is difficult to find its regularity. The change in the radius of curvature has a greater impact on the torsion angle of the birdge. The influence of the vertical displacement of the main girder is relatively small. The relevant research results can provide theoretical guidance for dynamic safety assessment of such bridges.

Key words: bridge and tunnel engineering, vehicle-bridge coupled vibration, modal synthesis method, dynamic response, sensitivity factor

中图分类号: 

  • U442.5

图1

15-规范车辆荷载立面布置"

图2

五轴重载车辆动力学模型"

图3

轮-桥几何关系"

图4

轮-桥力学关系"

图5

曲线桥梁总体布置(cm)"

表1

曲线桥梁自振特性统计表"

模态阶数频率/Hz自振特性特点
11.2543面内扭转和侧向振动
22.4757平面内扭转
33.2123一阶侧向弯扭耦合振动
43.7030一阶反对称竖向弯曲振动
54.9211一阶对称竖向弯曲振动
65.8418二阶反对称竖向弯曲振动
77.5409反对称扭转振动
88.8701二阶对称竖向弯曲振动
99.2572一阶反对称竖向弯扭振动
109.5019对称扭转振动

图6

在不同车速下桥梁中跨跨中动力响应曲线"

图7

桥梁动力响应最大值随车速变化影响"

图8

桥梁动力响应最大值随路面不平度变化影响"

图9

桥梁动力响应最大值随曲率半径变化影响"

图10

桥梁动力响应最大值随车辆载重变化影响"

1 罗浩. 公路曲线连续梁桥车桥耦合振动响应研究[D]. 南昌: 华东交通大学土木建筑学院, 2020.
Luo Hao. Study on vehicle bridge coupling vibration response of curved continuous beam bridge[D]. Nanchang: School of Civil Engineering and Architecture, East China Jiao Tong University, 2020.
2 李岩, 吴志文, 蔡明, 等. 一种随机车流与桥梁耦合振动的分析方法[J]. 哈尔滨工业大学学报, 2018, 50(3): 46-52.
Li Yan, Wu Zhi-wen, Cai Ming, et al. An analysis method for coupled vibration random traffic flow and bridge[J]. Journal of Harbin Institute of Technology, 2018, 50(3): 46-52.
3 李国豪. 桥梁结构稳定与振动(修订版)[M]. 北京: 中国铁道出版社, 2003.
LI Guo-hao. Stability and Vibration of Bridge Structures(Revised)[M]. Beijing: China Railway Press, 2003.
4 项贻强, 胡蜂强, 朱卫国. V型墩预应力连续刚构桥结构动力分析和试验研究[J]. 中国市政工程, 2003, 101(1): 19-22.
Xiang Yi-qiang, Hu Feng-qiang, Zhu Wei-guo. Dynamic analysis and test research on structure of pre-stressed continuous rigid frame bridge with V-shaped piers[J]. China Municipal Engineering, 2003, 101(1): 19-22.
5 肖新标, 沈火明. 3种车桥耦合振动分析模型的比较研究[J]. 西南交通大学学报, 2004, 39(2): 172-175.
Xiao Xin-biao, Shen Huo-ming.Comparison of three models for vehicle-bridge coupled vibration analysis[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2004, 39(2): 172-175.
6 晏路曼. 公路曲线梁桥在移动荷载作用下车桥耦合振动响应研究[D]. 南昌: 华东交通大学土木建筑学院, 2008.
Yan Lu-man. Response study of highway horizontally curved beam bridges subjected to moving load[D]. Nanchang: School of Civil Engineering and Architecture, East China Jiao Tong University, 2008.
7 陈炎, 黄小清, 马友发. 车桥系统的耦合振动[J]. 应用数学和力学, 2004, 25(4): 354-358.
Chen Yan, Huang Xiao-qing, Ma You-fa.Coupling vibration of vehicle bridge system[J]. Applied Mathematics and Mechanics, 2004, 25(4): 354-358.
8 刘星. 重型汽车-曲线桥相互作用及动力学分析[D].石家庄: 石家庄铁道大学机械工程学院, 2019.
Liu Xing. Heavy vehicle-curved bridge interaction and dynamics analysis[D]. Shijiazhuang: School of Mechanical Engineering, Shijiazhuang Tiedao University, 2019.
9 陈水生, 赵辉, 桂水荣, 等. 基于LS-DYNA公路桥车桥耦合的车辆模型研究[J]. 计算力学学报, 2019, 36(6): 747-756.
Chen Shui-sheng, Zhao Hui, Gui Shui-rong, et al. Vehicle model research on vehicle-bridge coupling of highway bridge based on LS-DYNA[J]. Chinese Journal of Computational Mechanics, 2019, 36(6): 747-756.
10 李凌云. 基于UM的曲线梁桥车-路-桥耦合动力学响应研究[D]. 石家庄: 石家庄铁道大学机械工程学院, 2020.
Li Ling-yun. Research on the dynamical response of the vehicle-road-rigid coupling of curved bridge based on UM[D]. Shijiazhuang: School of Mechanical Engineering, Shijiazhuang Tiedao University, 2020.
11 张迅. 曲线梁桥车桥耦合的动力学响应分析[D]. 郑州: 河南理工大学土木工程学院,2019.
Zhang Xun. Dynamic response analysis of coupling vibration of vehicle-curved bridges system[D]. Zhengzhou: School of Civil Engineering, Henan Polytechnic University, 2019.
12 彭卫兵, 沈佳栋, 唐翔, 等. 近期典型桥梁事故回顾、分析与启示[J]. 中国公路学报, 2019, 32(12): 132-144.
Peng Wei-bing, Shen Jia-dong, Tang Xiang, et al. Review, analysis, and insights on recent typical bridge accident[J]. China Journal of Highway and Transport, 2019, 32(12): 132-144.
13 . 公路桥涵设计通用规范 [S].
14 肖遥. 基于耦合方法的公路简支梁桥车桥耦合振动[D]. 长沙: 湖南大学土木工程学院, 2012.
Xiao Yao. Vehicle-bridge coupling vibration of simply supported bridge based on coupled method[D]. Changsha: College of Civil Engineering, Hunan University, 2012.
15 谭国金, 刘寒冰, 程永春, 等. 基于车-桥耦合振动的简支梁桥冲击效应[J]. 吉林大学学报: 工学版, 2011, 41(1): 62-67.
Tan Guo-jin, Liu Han-bing, Cheng Yong-chun,et al. Analysis of impact of vehicle to simply supported beam bridge based on vehicle-bridge coupled vibration[J]. Journal of Jilin University(Engineering and Technology Edition), 2011, 41(1): 62-67.
16 任宏斌. 阻尼连续可调油气悬架及其控制技术研究[D]. 北京: 北京理工大学机械与车辆学院, 2016.
Ren Hong-bin. Research on damping continuous adjustable hydro-pneumatic suspension and control technology[D]. Beijing: School of Mechanical Engineering, Beijing Institute of Technology,2016.
17 李万恒,申林,王少鹏,等. 基于多阶段分区域动力测试的桥梁结构损伤评估[J]. 吉林大学学报:工学版, 2019, 49(3): 773-780.
Li Wan-heng, Shen Lin, Wang Shao-peng, et al. Dynamic assessment of bridge construction based on muti-stage subregion mobile test[J]. Journal of Jilin University(Engineering and Technology Edition), 2019, 49(3): 773-780.
18 . 高层建筑混凝土结构技术规程 [S].
19 邓露,段林利,何维,等.中国公路车-桥耦合振动车辆模型研究[J].中国公路学报, 2018, 31(7): 92-100.
Deng Lu, Duan Lin-li, He Wei, et al. Study of vehicle model for vehicle-bridge coupling vibration of highway bridges in china[J]. China Journal of Highway and Transport, 2018, 31(7): 92-100.
[1] 杨国俊,田骐玮,吕明航,杜永峰,唐光武,韩宗健,伏一多. 大跨度悬索桥隧道式锚碇力学特性研究综述[J]. 吉林大学学报(工学版), 2022, 52(6): 1245-1263.
[2] 袁周致远,吉伯海,夏俊元,孙童. 钢箱梁横隔板-纵肋疲劳裂纹气动冲击维修试验[J]. 吉林大学学报(工学版), 2022, 52(12): 2883-2891.
[3] 宫亚峰,宋加祥,谭国金,毕海鹏,刘洋,单承新. 多车桥梁动态称重算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2021, 51(2): 583-596.
[4] 李春良,林志豪,赵珞珞. 铰缝及板损伤后对空心板桥横向受力的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2021, 51(2): 611-619.
[5] 张云龙, 刘占莹, 吴春利, 王静. 钢-混凝土组合梁静动力响应[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(3): 789-795.
[6] 侯忠明, 王元清, 夏禾, 张天申. 移动荷载作用下的钢-混简支结合梁动力响应[J]. 吉林大学学报(工学版), 2015, 45(5): 1420-1427.
[7] 谭国金,刘寒冰,程永春,王龙林,刘斌. 基于车-桥耦合振动的简支梁桥冲击效应[J]. 吉林大学学报(工学版), 2011, 41(01): 62-0067.
[8] 刘寒冰;张淼;魏健 . 结构动力响应分析的多重网格方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2008, 38(03): 619-0623.
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[1] 李寿涛, 李元春. 在未知环境下基于递阶模糊行为的移动机器人控制算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2005, 35(04): 391 -397 .
[2] 李红英;施伟光;甘树才 .

稀土六方Z型铁氧体Ba3-xLaxCo2Fe24O41的合成及电磁性能与吸波特性

[J]. 吉林大学学报(工学版), 2006, 36(06): 856 -0860 .
[3] 李月英,刘勇兵,陈华 . 凸轮材料的表面强化及其摩擦学特性
[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(05): 1064 -1068 .
[4] 张和生,张毅,温慧敏,胡东成 . 利用GPS数据估计路段的平均行程时间[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(03): 533 -0537 .
[5] 杨树凯,宋传学,安晓娟,蔡章林 . 用虚拟样机方法分析悬架衬套弹性对
整车转向特性的影响
[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(05): 994 -0999 .
[6] 冯金巧;杨兆升;张林;董升 . 一种自适应指数平滑动态预测模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(06): 1284 -1287 .
[7] 车翔玖,刘大有,王钲旋 .

两张NURBS曲面间G1光滑过渡曲面的构造

[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(04): 838 -841 .
[8] 刘寒冰,焦玉玲,,梁春雨,秦卫军 . 无网格法中形函数对计算精度的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(03): 715 -0720 .
[9] 曲昭伟,陈红艳,李志慧,胡宏宇,魏巍 . 基于单模板的二维场景重建方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(05): 1159 -1163 .
[10] 聂建军,杜发荣,高峰 . 存在热漏的内燃机与斯特林联合循环的有限时间的热力学研究[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(03): 518 -0523 .